Гл редактор: д ф. м н. А. М
| Вид материала | Документы |
- Серия «Мастера психологии» Главный редактор Заведующий редакцией Ведущий редактор Литературный, 6744.57kb.
- Алина Владимировна Арбузова, 87.12kb.
- Управління освіти І науки Запорізької облдержадміністрації Комунальний заклад, 2365.04kb.
- Уолтер Лорд. Последняя ночь "Титаника", 2595kb.
- Автор: Дуквина Татьяна, 52.71kb.
- Текстовый редактор. Работа с текстом Текстовый редактор (ТР), 62.2kb.
- Выпускающий редактор В. Земских Редактор Н. Федорова Художественный редактор Р. Яцко, 6293.22kb.
- 4-5 38—41 Методическая газета для педагогов-психологов. Выходит 2 раза в месяц Учредитель, 534.94kb.
- А. Н. Шмырев Редактор А. А. Освенская Технический редактор А. И. Казаков Художественный, 1466.83kb.
- «москва третий рим», 2878.19kb.
ИСТОЧНИКИ МАГНИТНОГО ПОЛЯдля научных и прикладных целей
 и сложной конфигурации
магнитах с фиксированным и регулируемым полем
источники питания
.ru e-mail: pmt@NdFeB.ru тел/факс +7 (501) 443 67 14 Новости науки и техники Магнитомягкие материалы Производство радиоэлектронной аппаратуры практически невозможно без моточных изделий. Они, главным образом, определяют надежность всего устройства и вызывают наибольшее количество проблем у разработчиков. Почти все широко известные российские магнитомягкие материалы разработаны в 50 – 60 годах прошлого века и в настоящее время морально и технически устарели. Более того, с каждым годом разрыв продолжает нарастать (у существующих российских изготовителей – за исключением безусловного российского лидера в области магнитных материалов и магнитодиэлектриков ОАО «Феррит-Домен» - нет ни материальной, ни технической базы для исследований и серийного внедрения новых разработок). ОАО «Феррит-Домен» пытается конкурировать с мировыми брендами, такими как Siemens, Thomson, TDK, Magnetics и др., (честь ему и хвала за это), но по ряду параметров все же им уступает, иногда значительно. Высокая относительная стоимость магнитомягких материалов западных компаний ограничивает их широкое распространение по сравнению с российскими магнитными материалами, которые в настоящее время еще используются в массовых изделиях, где основополагающим фактором является низкая себестоимость. В области изготовления моточных изделий для импульсных источников питания возникает практически незаполненный отечественными производителями сегмент рынка. А рынок пустоты не любит. В настоящее время на отечественном рынке начинают появляться как крупные производители из Юго-Восточной Азии, так и известные западные фирмы, перенесшие туда свое производство. Их продукция имеет значительно более низкую стоимость при высоких технических характеристиках. Председатель совета директоров и СЕО Arnold Magnetic Technologies Corporation (Arnold) Гордон Мак’Нейл прокомментировал сертификацию новой фабрики в Китае по производству постоянных магнитов и магнитомягких материалов на соответствие требованиям стандарта ISO 9001:2000 как «… начало новой захватывающей эры для нашей компании и ее клиентов». Постоянные магниты производства Arnold (ферриты, NdFeB, SmCo) из-за своих высоких эксплуатационных характеристик, отличного качества и конкурентоспособных цен уже несколько лет применяются в российской промышленности. Теперь у наших разработчиков и производителей появилась возможность познакомиться еще с одним видом продукции Arnold - магнитомягкими порошковыми сердечниками. МРР – высококачественный материал, состоящий из 81% Ni, 2% Mo и 17% Fe. МРР сердечники чрезвычайно стабильны по отношению к изменению плотности потока, температуры и постоянного тока, что делает их особенно пригодными для использования в катушках индуктивности и других энергонакапливающих устройствах. Благодаря малым потерям на вихревые токи использование MPP-сердечников является наиболее эффективным в случаях, когда шина питания должна быть изолирована от коротких мощных выбросов напряжения, для сглаживающих дросселей в переключаемых источниках питания, для катушек индуктивности в резонансных контурах с фиксированной настройкой, работающих на низком уровне частоты (до 200кГц). Для маломощных выпрямителей-умножителей МРР сердечники лучше, чем ферриты с зазором. Сердечники МРР можно также использовать в мощных резонансных контурах, работающих в области насыщения. Материал SMSS™ - особая разновидность Sendast’а, который со времени своей разработки в результате улучшения исходных материалов и технологии производства превратился в нынешний высококачественный магнитомягкий материал. Этот материал на основе сплава Fe/Si/Al, произведен по технологии, близкой к производству МРР. Значимыми характеристиками материала SMSS™ являются более низкие потери в сердечнике по сравнению с порошковым железом, более низкая цена по сравнению с High Flux™ и очень низкий коэффициент магнитострикции, что обуславливает широкую распространенность данного материала в EMI-индуктивностях, отфильтровывающих НЧ переменный ток. Как и другие порошковые материалы, SMSS™ представляет собой материал с распределенным воздушным зазором и поэтому он очень хорошо подходит для применения в накапливающих энергию катушках индуктивности. Для переключаемых источников питания, где потери не так критичны, SMSS™ может заменять МРР. Часто это наилучший выбор, так как SMSS™ значительно дешевле МРР. Порошковые сердечники HI-FLUX™ (HF) по структуре и внешнему виду похожи на сердечники МРР. Они состоят из 50% никеля и 50% железа, что обеспечивает магнитные характеристики, подходящие для использования в цепях с высокой плотностью насыщения – благодаря создаваемой высокой мощности или высокому энергонакоплению. Плотность потока насыщения в сердечниках HF доходит до 15000 Гс, а потери значительно меньше, чем у сердечников из порошкового железа сходных размеров. По сравнению с порошковым железом, материал HF подвержен меньшему изменению проницаемости из-за влияния постоянного тока подмагничивания, намагничивания переменным током или изменения температуры. Эти качества делают HF привлекательным материалом для производства мощных источников питания. Сердечники HF идеально подходят для дроссельных фильтров батарей в высокомощных преобразователях низкого напряжения. При использовании в цепях с большим постоянным током HF сердечники обеспечивают не только снижение размеров, но и снижение общей стоимости изделия. Сердечники из этих материалов выпускаются в виде тороидов. Минимальный внешний диаметр тороида составляет 3,56 мм, максимальный – 134 мм (у отечественных 7 мм и 52 мм, соответственно), количество типоразмеров тороидов почти в два раза превышает количество типоразмеров отечественных сердечников. Помимо очевидных преимуществ по основным магнитным характеристикам сердечники, выпускаемые компанией Arnold, имеют главное преимущество – конкурентоспособные цены. И что же? Будущее - за производствами, расположенными в Азии? Удастся ли наладить в России выпуск конкурентоспособных магнитных продуктов? Вопрос не праздный, поскольку практически все заводы по производству магнитных материалов в Китае строились с помощью СССР, а большинство китайских специалистов обучались в наших ВУЗах. Вспоминается парадоксальная особенность советского ВПК, являвшаяся по сути его движущей силой - крупные проекты поручались сразу нескольким КБ для создания конкуренции. Да и в наше время существуют примеры возрождения некоторых отечественных производств без всякой помощи со стороны государства - например, налажено конкурентоспособное производство вторичных источников питания. Все это позволяет предположить, что Россия может вернуть утраченные позиции в области разработки и выпуска магнитной продукции. к.ф.-м.н. Е.И.Мищенко, Магнитные метаматериалы и левые среды Метаматериалы (от греч. «мета» - «за пределами», «сверх») - это искусственные материалы, обладающие электромагнитными свойствами, не встречающимися в природе [1]. Метаматериалы состоят не из атомов и молекул, как обычные вещества, а из микроструктур: крошечных, меньше микрона, искусственных металлических резонаторов. Если размеры резонаторов намного меньше длины волны используемого излучения, электромагнитная волна распространяется в такой среде, как в веществе с определенными диэлектрической  и магнитной  проницаемостями. Метаматериалы уже позволили существенно расширить область частот, на которых проявляются магнитные свойства материала, и сейчас речь идет о серьезном пересмотре основных представлений оптики: появились сообщения об изготовлении материалов с отрицательным показателем преломления и линзах, позволяющих получать изображение с неограниченным разрешением.Искусственный магнетизм в терагерцовом диапазоне В природе вещества, демонстрирующие магнитный отклик на высоких частотах, гораздо менее распространены, чем материалы с электрическим высокочастотным откликом. Причина этого лежит в фундаментальных свойствах вещества: магнитный момент связан либо с орбитальным, либо со спиновым моментом электрона, и резонансные явления для магнитных систем наблюдаются при гораздо меньших частотах, чем аналогичные явления фотонных или коллективных мод, приводящих к усилению электрического отклика в инфракрасном диапазоне и выше. Хотя отдельные магнитные и антиферромагнитные среды демонстрируют резонансные спиновые свойства на терагерцовых и даже оптических частотах [2], эти эффекты весьма слабы и происходят довольно в узкой полосе частот.  Рис. 1 Магнитный резонатор мегагерцового диапазона (“Швейцарский рулетик”) [1] Первые метаматериалы с магнитным откликом на частотах в районе 20МГц были сконструированы в 1999 году [3]. Резонаторы, из которых состоял материал, представляли собой изолированные друг от друга металлические листы, обернутые вокруг цилиндра радиусом 1 см (рис.1). За явное сходство с известным кулинарным изделием они были названы «швейцарскими рулетиками». Сам метаматериал представлял собой цилиндры, собранные в один пучок. Хотя мегагерцовый диапазон для магнетизма является хорошо освоенной областью (на этих частотах происходит ядерный магнитный резонанс), тем не менее, с изготовлением первого метаматериала было продемонстрировано, что искусственная среда, состоящая из немагнитных элементов, может вести себя как магнитная на частотах вблизи резонансной. Так была открыта дорога к созданию искусственных материалов с микро- и наноразмерными резонаторами и освоению терагерцового диапазона. К  . настоящему времени созданы структуры из немагнитного металла (золота) проявляющие магнитные свойства на частоте 100ТГц (длина волны  ) [4]. Электронное изображение кольцевых резонаторов и их характерные размеры приведены на рис.2. Интересным свойством таких структур является возможность отрицательной магнитной проницаемости  при частотах выше резонансной, когда наведенный в структуре магнитный момент колеблется в противофазе с внешней вынуждающей силой. Как следует из уравнений электродинамики, необходимым условием возможности распространения электромагнитных волн в среде является равенство знаков магнитной и диэлектрической проницаемостей. Поэтому среда с отрицательной магнитной проницаемостью отражает все падающее на нее излучение подобно плазме, которая характеризуется отрицательной диэлектрической проницаемостью  . Схожие явления наблюдаются и в традиционных магнитных веществах, ферритах, но в СВЧ диапазоне: наряду с широкой областью вдали от ферромагнитного резонанса, где распространение электромагнитных волн не встречает препятствий (знаки обеих проницаемостей положительны), имеется область вблизи резонанса, где распространение волн невозможно (магнитная проницаемость отрицательна, а диэлектрическая положительна). При этом материал перестает быть прозрачным для излучения и отражает его.Метаматериалы - новая парадигма в оптике Дальнейшее уменьшение размеров резонаторов с неизбежностью выведет нас в оптический диапазон. Возможность существования материалов, которые на оптических частотах имеют магнитные восприимчивости, существенно отличающиеся от 1, заставляет переформулировать многие из законов оптики, которые были выведены в естественном для традиционной оптики предположении  . Подробный анализ этой ситуации приведен в статье [5], мы же ограничимся наиболее яркими примерами:
  образуют левую тройку. Это значит, что фазовая скорость направлена противоположно групповой, определяемой направлением вектора Умова-Пойнтинга  . Необычные свойства таких сред были предсказаны отечественным ученым В.Г. Веселаго еще в 1966 году [6], им же предложено название “левые материалы” (в иностранной литературе left-handed material). Так из факта противоположности направлений фазовой и групповой скорости следует необычная реализация закона преломления Снеллиуса: луч преломленный расположен в той же полуплоскости относительно нормали к поверхности, что и луч падающий - этого требует условия равенства тангенциальных компонент волнового вектора  (рис.3). Запись закона Снеллиуса сохраняется:    , если формально положить, что показатель преломления отрицательный: 4 . Следствиями отрицательных и являются также необычные реализации эффекта Доплера и Черенкова: доплеровский сдвиг изменяет знак, направление черенковского излучения меняется на противоположное. Формулировки принципа Ферма и формулы Френеля также претерпевают изменения [6]. Левые среды и суперлинза После ранних работ В.Г. Веселаго интерес к левым материалам сравнительно быстро затух, так как попытки создания веществ с такими свойствами закончились неудачей. Ситуация изменилась в 2000 году, когда были созданы метаматериалы, обладающие свойствами левой среды в гигагерцовом диапазоне, состоящие из тонких проволочек (электрические резонаторы) и кольцевых резонаторов (магнитные резонаторы) [7]. Фотографии этих структур приведены на рисунке 4, их характерный размер составляет величины порядка сантиметра. Как уже говорилось применительно к искусственным магнитным материалам, в настоящее время нанотехнологии позволяют уже вплотную приблизиться к инфракрасному диапазону [4].  Рис.4 Метаматериал [7]. Высота структуры 1 см.Необычный характер преломления в левых средах приводит к тому, что плоскопараллельная пластинка будет действовать как своего рода линза (рис.5). Если положить показатель преломления левой среды равной -1, то лучи от предмета, расположенного перед пластинкой, соберутся после преломления снова: пластинка действует как своего рода зеркало, но изображение в нем получается действительным. Заметим, однако, что, как следует из хода лучей на рисунке 5, линза позволяет получать изображения лишь тех предметов, которые находятся в непосредственной близости от нее на расстоянии не большем толщины пластинки.  Рис.5 Плоскопараллельная собирающая линза из материала с отрицательным показателем преломления. И, наконец, еще одной приятной возможностью, появившейся с приходом метаматериалов, является создание суперлинзы, с помощью которой можно получать изображения, неограниченные дифракционным пределом разрешения [8]. Как известно, традиционная оптика позволяет получать изображения с минимально разрешимым размером деталей равным половине длины волны используемого излучения. С помощью иммерсионных методов можно уменьшить длину волны за счет большего показателя преломления среды, в которую погружается линза, но и это не позволяет значительно продвинуться вглубь дифракционного предела. Основная причина состоит в том, что информация о деталях предмета, размеры которых много меньше длины волны света, содержится в высших пространственных гармониках колебаний на оптической частоте, амплитуда которых убывает по экспоненте с удалением от объекта (нераспространяющиеся моды). Характерная длина, на которой колебания высших пространственных гармоник перестают быть заметными, уменьшается с уменьшением размеров деталей и составляет величину много меньшую длины волны используемого излучения. Качественным прорывом вглубь дифракционного предела стало изобретение сканирующего микроскопа ближнего поля [9], в которой зонд с субволновой апертурой, поднесенный на расстояние меньшей длины волны света, позволял собрать энергию колебаний, заключенную в высших пространственных гармониках оптического излучения. Однако изображение в таком микроскопе создается сканированием зонда над поверхностью образца, что требует значительного времени. Суперлинза, предложенная авторами [8], представляет собой пластинку серебра Ag (рис.6), отделенного от изображаемого объекта (нанопроволочек из хрома Cr) слоем полиметилметакрилата (PMMA) толщиной, равной толщине пластинки (~40нм). Сверху пластинка серебра покрыта слоем фоторезиста (PR), в котором записывается изображение. Пластинка серебра действует как материал, усиливающий затухающие моды высших пространственных гармоник за счет резонансного возбуждения поверхностных плазмонов. При этом ее диэлектрическая проницаемость отрицательна и приблизительно равна по модулю диэлектрической проницаемости окружающей среды  . В отличие от известного явления возбуждения поверхностных плазмонов в среде, у которой , когда усиление происходит в узкой области длин волн вблизи длины волны падающего излучения, в данном случае полоса усиления покрывает широкую область, позволяющую передать информацию о высокочастотных пространственных гармониках на расстояние равной удвоенной ширине пластины: 80нм. Несмотря на скромность данной величины, отметим, что она, все же, намного больше длины затухания, которая для размера деталей в 60нм составляла 11нм. Достигнуто разрешение изображений 60нм при длине волны ультрафиолетового излучения 365нм.  Рис.6 Суперлинза, плоскопараллельная пластинка Ag, толщиной 40 нм, создает изображение нанопроволочек хрома (диаметр 60 нм) в слое фоторезиста (PR) Более подробно о свойствах левых материалов можно прочитать в обзоре [10]. Литература
член редколлегии Бюллетеня к.ф.-м.н. А.П. Пятаков Зарубежные сайты и журналы! Гадолиний – защита от радиации Редкоземельный элемент гадолиний, относящийся к лантаноидам, обладает интересными свойствами. Это серебристо-белый металл, который встречается в нескольких минералах, ферромагнетик с очень высоким сечением захвата тепловых нейтронов. Сплавы гадолиния с железом, никелем, кобальтом и другими металлами обладают высокой магнитной индукцией и магнитострикцией. Некоторые соли гадолиния сильно парамагнитны, их используют для получения сверхнизких температур при магнитном охлаждении. Ученые из США (Lehigh University, Sandia National Laboratory, Idaho National Laboratory) нашли еще одно применение этому элементу. Они разработали и запатентовали новый сплав на основе никеля с добавкой гадолиния. Ученые планируют использовать его для более надежного захоронения 50 тысяч тонн радиоактивных отходов в США, которые сейчас размещены в 125 местах в 39 штатах. Джон Дюпонт, руководитель проекта, утверждает, что новый сплав на основе никеля с добавкой гадолиния лучше, чем другие сплавы поглощает разрушительные нейтроны, излучаемые ядерными отходами. Сплав прошел проверку, для его производства годятся обычные металлургические методы. Ученые убедились, что добавка гадолиния в сплав на основе никеля сохраняет ковкость, прочность сплава и способность к термообработке. Самая удивительное свойство гадолиния – высокая способность поглощения нейтронов (в 60 раз больше, чем у бора), что даже заметно затрудняет научные исследования магнитных структур гадолиния и его сплавов методами нейтронного рассеяния. Борированная нержавеющая сталь – это материал, который обычно используется в контейнерах с ядерными отходами. Но она не способна экранировать высокорадиоактивные отходы, которые производятся в некоторых странах. Это экранирование может выполнять сплав с гадолинием, утверждает Дюпонт. Были проведены специальные лабораторные исследования, чтобы проверить, какое оптимальное количество гадолиния надо добавить в сплав на основе никеля. Во время проверки ученые перемешивали компоненты сплава, нагревали и плавили смесь, она охлаждалась и затвердевала. Затем сплав вновь нагревали, раскатывали в листы чуть больше сантиметра толщиной и проверяли на прочность и упругость. «Мы разработали различные сплавы, чтобы определить количество гадолиния, необходимое для получения нужных свойств материала», - говорит Дюпонт. Рекомендуемый сплав получил одобрение ASTM (the American Society of Testing Materials) и the American Society of Мechanical Engineers. Проверка поглощения нейтронов была проведена в Lawrence Livermore National Laboratory in California. Справка: Советский ученый Б.Понтекорво впервые измерил сечение рассеяния медленных нейтронов протонами и ядрами и открыл явление аномально большого поглощения тепловых нейтронов ядрами гадолиния и некоторых других редкоземельных элементов. ссылка скрыта Магниты в спинтронике Phys. Rev. Lett. 94, 116601 (2005) В быстро развивающейся науке - спинтронике биты данных записываются с помощью спина электрона, а не заряда. Спину, направленному вверх, соответствует «1», а спину, направленному вниз, соответственно «0». При разработке приборов, основанных на спиновых свойствах электрона, ученые сталкиваются с серьезной проблемой. Несмотря на то, что спином электрона можно в каком-то смысле управлять, он не все время строго ориентирован вверх или вниз. Наведенная ориентация спина через некоторое время разрушается из-за взаимодействия электрона с магнитным полем ближайшего окружения. Американский ученый П.-Ф.Браун и его коллеги впервые наблюдали за этими процессами изменения спина в квантовых точках – кластерах атомов размером всего несколько нанометров из полупроводников (арсенида индия и арсенида галлия). Авторы исследования обнаружили, что начальная поляризация спина таких точек разрушается с периодом полураспада всего 0.5 наносекунд или за половину миллионной миллисекунды, перед тем как вновь стабилизироваться (при величине поляризации, составляющей одну треть от первоначального значения), по крайней мере, на последующие десять наносекунд. Ученые подчеркивают, что этот процесс можно подавить с помощью внешнего стационарного магнитного поля величиной всего 100 mT. Такое поле можно получить с помощью маленьких постоянных магнитов и увеличить характерное время полураспада до 4 секунд. По мнению исследователей, этот результат может пригодиться при разработке будущих приборов. ссылка скрыта Магнитотаксис и магнитный резонанс Genove, G. et al. A new transgene reporter for in vivo magnetic resonance imaging. Nat. Med., 11, 450-454 (2005). Ученые предлагают использовать железосодержащие белки, для того чтобы получить изображения магнитного резонанса без использования синтетических контрастных веществ. С их помощью, вероятно, можно будет наблюдать за работой генов. Томограф – уникальный мощный прибор, который сегодня широко используется в клиниках для диагностики. Многие исследователи пытались разработать на его основе новые методы, которые бы позволяли контролировать работу генов в живом организме в режиме реального времени. Большинство из них использует для маркировки сложные контрастные составы на основе металлов. Некоторые из них даже эффективны, но имеют общий недостаток: они плохо проникают в ткани организма. Эрик Аренс (Eric Ahrens) из США (Carnegie Мellon University) несколько лет работал над этой проблемой и придумал, как обойти препятствие. “Мне очень интересна природа магнетизма, и я был заинтригован бактериями, которые обладают свойствами магнитотаксиса, то есть, способны ориентироваться в земном магнитном поле”, объясняет ученый. Эти необычные организмы мигрируют вдоль геомагнитных силовых линий с помощью магнитосом - частиц из кристаллического магнитного материала, производимого бактериями. Магнитосомы в целом похожи на сверхпарамагнитные частицы оксида железа, которые применяются для изображения клеток. А есть ли в природе металлопротеины, которые тоже проявляют свойства сверхпарамагнетизма? Этим вопросом Аренс много занимался. В конце концов, его группа выбрала для исследований металлопротеины из группы ферритинов. Это широко изученный класс белков, которые запасают молекулы железа и играют жизненно важную роль, регулируя уровень этого металла в организме. В одной из последних статей в Nature Medicine ученые из группы Аренса рассказали о создании аденовируса для замещения человеческого ферритина. В экспериментах in vitro, когда культурные клетки были инфицированы рекомбинационным вирусом, ученым удалось показать, как можно получить ферритин, эффективно заменяющий железо в среде культивирования. Добавка ферритина, как показали исследования, не оказывает негативного влияния на рост клеток или их жизнеспособность, но позволяет сделать клетки «видимыми» для MRI. Затем группа Аренса продолжила опыты in vivo, впрыскивая вирус в мозг живой мыши. Пять дней ученые наблюдали за ясно очерченной областью на изображениях магнитного резонанса. Картинку можно было видеть еще 39 дней после инъекции. Ученые надеются, что новый метод можно с успехом использовать для исследования поведения трансгенов вживую. «Вы можете соединить созданный нами маркировочный ген с любым другим интересующим Вас геном, включая терапевтические гены для лечения рака и артрита, чтобы определить, где и когда они будут себя проявлять», - добавляет Аренс. ссылка скрыта Как обуздать спин электрона? Требования к производительности современных компьютеров растут, но технологии, основанные на использовании кремния, похоже, не успевают угнаться за временем. Многие ученые сегодня считают, что эту нишу займет спинтроника – наука на основе технологий из области наномира, где информацию переносит внутренний спин электрона, а не его заряд, как в обычных чипах. Если ученым действительно удастся найти подходящий способ для управления спином, то новые приборы на основе спинтроники обеспечат более высокие скорости обработки информации, низкое потребление электрической энергии и много других преимуществ над обычными чипами, включая, естественно, производство квантовых компьютеров. Физик из Нотр Дама Болдицар Джанко (Boldizsar Janko) считает, что нашел такой способ манипулирования спином. Основная идея заключается в следующем: в новом приборе имеется несколько слоев, каждый - толщиной в десяток нанометров. Базовый слой – из разбавленного магнитного полупроводника арсенида галлия с примесью атомов марганца. Каждый атом марганца дает дополнительный электрон, то есть добавочный спин. Получается полупроводниковый материал, который можно намагничивать, как обычное железо. Над базовым слоем - слой диэлектрика, затем сверхпроводящий слой. Если такую конструкцию поместить в магнитное поле, направленное перпендикулярно верхнему слою, то оно проникает сквозь слоистую структуру через крошечные трубочки потока (благодаря сверхпроводящей структуре верхнего слоя), так называемые квантовые колодцы. Магнитное поле концентрируется внутри каждой из трубочек наноразмера таким образом, что создает сильно намагниченное пятно на нижнем полупроводниковом слое. Оно уже, в свою очередь, заставляет выстраиваться спины электронов и приводит к скоплению заряда. Области с выстроенными спинами в каждой трубке годятся для кодировки информации. Электрический ток, протекающий через сверхпроводник, двигает трубку потока в одну сторону (с областью спинов вниз), а ток противоположного направления будет передвигать ее в обратную сторону. Пока физики проверили свою идею только с помощью компьютерной модели, однако уже в ближайшее время будут проводиться лабораторные эксперименты. ссылка скрыта Как использовать эффект колоссального магнитного сопротивления? Current Oscillation and Low-field Colossal Magnetoresistance Effect in Рhase-separated Manganites. M. Tokunaga, H. Song, Y. Tokunaga, and T. Tamegai. Phys. Rev. Lett. 94, 157203 (issue of 22 April 2005) Эффект гигантского магнитосопротивления используют для считывания информации с магнитной среды (например, жесткого магнитного диска или магнитной ленты). А как можно использовать так называемый колоссальный эффект магнитного сопротивления (CMR), относительно недавно обнаруженный в магнитных полупроводниках – эпитаксиальных тонких пленках, антиферромагнитных полупроводниках? Ученые из токийского университета изучали это явление в соединениях на основе марганца (кристаллы (La1-yPry)0.7Ca0.3MnO3 (y=0.7) и Nd0.5Ca0.5Mn1-zCrzO3 (z=0.03)) и получили интересные результаты. Электрический ток в таких кристаллах, оказывается, может протекать по самым разным сложным путям, что делает их очень чувствительными к магнитным полям. Компьютерные дисководы должны определять магнитные поля очень маленькой величины, с помощью которых зашифрованы «нули» и «единицы». Считывающая головка опознает эти поля по изменению электрического сопротивления. Поэтому, улучшая чувствительность к магнитным полям, в принципе можно изготовить дисководы большей емкости. Недавно японские ученые преуспели в этой области и сообщили, что можно сильно уменьшить значение магнитного поля, необходимого для значительного изменения сопротивления материала с помощью эффекта колоссального магнитного сопротивления (dH=10-3 При H=1 kOe). Материалы на основе марганца с CMR могут существовать в двух состояниях: с высоким электрическим сопротивлением и низким. Если вы заморозите кусочек такого материала до определенной температуры, то получите образец с разными областями сопротивления. В области низкого сопротивления атомы марганца выстраиваются в ряд подобно брускам магнита, а электроны выравнивают свои спины по этим атомам, что облегчает движение между соседними атомами. В области же с высоким сопротивлением магнитные моменты направлены во все стороны. В целом сопротивление такого материала остается высоким. Но магнитное поле может выстраивать часть беспорядочно ориентированных атомов и обращать материал в состояние с низким сопротивлением. При достаточно сильном поле они образуют связанные дорожки во всем образце, и сопротивление образца резко падает. Именно это падение сопротивления и называется эффектом колоссального магнитного сопротивления. В прошлом году Масаши Токунага вместе с коллегами из токийского университета изучали отдельные кристаллы этих материалов. Охлаждение образца вызывает такой же эффект, как наложение магнитного поля. При 77 градусах Кельвина атомы марганца спонтанно выстраиваются, образуя дорожки в образце даже без магнитного поля. Нагревание разрушает это построение, уменьшая область низкого сопротивления. Токунага вместе с коллегами обнаружил, что большой импульс электрического тока приводит к нагреванию путей, по которым течет электрический ток в образце. Он переводит брусок в состояние с высоким сопротивлением. В последней работе японцы показывают, что при низком уровне тока можно «балансировать» на грани между низким и высоким сопротивлением. Если же ток превышает пороговое значение, то магнитное поле (величиной лишь в одну десятую тесла) переводит весь образец в состояние с низким сопротивлением. Это значение поля намного меньше, чем несколько Тесла, необходимые в отсутствие тока. Новые результаты, тем не менее, не так легко использовать на практике. Эффект CMR физики обнаружили при температуре, намного ниже комнатной. (В противовес этому эффект гигантского магнитного сопротивления, используемый в современных дисководах, наблюдается при комнатной температуре. Хотя сопротивление может изменяться только на одну десятую процента. Причем в данном случае речь идет не об особенных свойствах материала, а о специальной конструкции из тонких пленок). ссылка скрыта Что происходит с атомами во время магнитострикции? При намагничивании изменяются размеры и форма кристаллического тела. Это явление, которое носит название магнитострикции, вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решетки в магнитном поле. Но что происходит в это время с атомами? Чтобы приблизиться к разгадке, английские ученые используют рентгеновские лучи, пытаясь «приблизить» картинку происходящего в мире магнитных сил. Им удалось в сто раз улучшить разрешение прежней технологии, что позволит изучать структуру материала с беспрецедентной точностью на атомном уровне. Рассказывает профессор Майк Гиббс (the University of Sheffield): «Нам было известно, что некоторые магнитные материалы, оказываясь в магнитном поле, удлиняются и сжимаются. Но мы все еще не знаем всех деталей происходящего». Ученые опирались на метод рентгеновской спектроскопии под названием EXAFS (Extended X-ray Absorption Fine Structure), основанный на обработке протяженной тонкой структуры, наблюдаемой в рентгеновских спектрах поглощения твердых тел или молекул. Этот метод широко используется для изучения структуры вещества химиками, материаловедами, биологами. Современные EXAFS-системы могут определять внутриатомные расстояния с точностью от 0.01 до 0.001 A. В своей работе ученые объявили о дополнительном стократном увеличении возможностей таких систем. Они использовали дисперсный рентгеновский спектрометр в Гренобле (the European Synchrotron Research Facility) и смогли измерить атомные перемещения на уровне фемтометров в сплаве железа и кобальта при магнитострикции. Такие результаты обещают перспективное использование технологии EXAFS и в других областях, например, для использования в источниках синхротронного излучения, для повышения возможностей записи данных, для производства более качественных датчиков в медицине и для нужд систем безопасности. Улучшение технологии на два порядка означает, что появилась возможность исследовать крошечные изменения в локальном окружении атомов, например, то, как атомы реагируют на изменение температуры, электрического поля, давления и магнитного поля. Теперь можно изучать перемещения, сравнимые с размерами ядра. Такие методы окажутся особенно ценными для изучения материалов, которые трудно исследовать с помощью обычных методов, например, для стекла и тонких пленок. Среди будущих применений новой технологии - компьютерные диски, домашние холодильники, модели ядра Земли, считает Роберт Петтифер (the University of Warwick). ссылка скрыта Солитоны на поверхности магнитной жидкости Reinhard Richter and I.V. Barashenkov. Two-dimensional Solitons on the Surface of Magnetic Fluids. Phys. Rev. Lett. 94, 184503 of 13 May 2005 Манипулируя магнитом, можно создавать причудливые «заборчики» из холмиков в магнитной жидкости. Впервые ученые наблюдали за такими устойчивыми солитонами (уединенными волнами, сохраняющими свою форму и скорость неизменными при распространении), которым не требовалось постоянного притока энергии. В простых системах можно видеть удивительно организованные структуры. Например, холмики в перетряхиваемом песке, спиральные волны в растущих колониях бактерий или частокол из «пальцев», вырастающий на кристаллах. С помощью солитонов ученые стремятся повторить такие рисунки в лабораторных условиях, но их очень сложно сделать устойчивыми. Райнхард Рихтер (Bayreuth University in Germany) и Игорь Барашенков (the University of Cape Town in South Africa) сообщили, что они наблюдали за стабильными солитонами в магнитной жидкости. Магнитное поле может поддерживать отдельные холмики на поверхности «супа» из магнитных наночастиц. Это первый пример, говорят ученые, когда не требуется постоянного притока энергии для того, чтобы поддерживать такую структуру. Обычно солитоны легко распадаются, если их не стабилизировать. Для существования солитонов, например, в песке необходим тонкий баланс между постоянной энергетической подпиткой энергии и ее потерями (диссипацией) из-за трения между зернами песка. Устойчивость нового типа солитонов ученые обеспечили с помощью правильного баланса между гравитацией и магнетизмом. Они налили смесь из керосина и наночастиц (10 нанометров в диаметре) ржавого железа на блюдо и поместили его в магнитное поле. При некотором значении приложенного поля на поверхности образовались холмики, по форме напоминающие шоколадные конфеты Херши. Поле намагничивает жидкость и пытается ее поднять как можно сильнее. Для того чтобы холмики появились, при некотором значении магнитного поля достаточно под блюдом установить небольшой электромагнит. Потом его можно убрать, холмики останутся, хотя внешнее поле остается достаточно слабым. Рихтер объяснил, что ранее существовали только предположения о существовании таких структур, но наблюдать их удалось впервые. «Оказалось, что для того, чтобы получить одиночные изолированные структуры, не нужна диссипация», - добавил ученый. ссылка скрыта Магнитные сегнетоэлектрики Японским ученым удалось синтезировать новый состав, который обладает и ферромагнитными, и сегнетоэлектрическими свойствами. То есть вещество, которое, с одной стороны, в сильном магнитном поле приобретает однородную намагниченность в направлении поля и длительно ее сохраняет (как железо, кобальт, никель, сталь и др.). С другой стороны, это материал, обладающий в определенном интервале температур самопроизвольной (в отсутствие электрического поля) электрической поляризацией. Синтезировать состав Bi2NiMnO6 ученые смогли при высоком давлении. Сочетание в одном веществе двух интересных свойств – ферромагнитных и сегнетоэлектрических – встречается довольно редко и, естественно, имеет большой потенциал для использования. В настоящее время ведутся активные поиски по подбору таких материалов с наилучшими свойствами для создания конденсаторов и транзисторов оперативной памяти FeRAM. Поскольку направление намагниченности прибора можно переключать, используя электрическое поле, это помогает уменьшить тепло, выделяемое при работе чипа памяти. Это особенно важно, так как в настоящий момент тепловыделение на чипах приводит к существенному разогреву процессоров и снижению их рабочей частоты. Масаки Азума и его коллеги использовали рентгеновскую дифракцию на порошке, чтобы подтвердить, что кристаллическая структура, которую они синтезировали, это деформированный перовскит с ионами Ni2+ и Mn4+ в конфигурации с каменной солью. Шесть пар s2-электронов ионов висмута Bi3+ вместе с ковалентными связями Bi-O обеспечивают сегнетоэлектрические свойства, а связи - Ni2+ - O - Mn4+ - O - Ni2+ - , соответственно, свойства ферромагнетиков. Авторы считают, что такой состав перовскита на основе висмута, когда используется высокое давление для стабилизации деформированных структур, можно использовать с другими ионами переходных металлов в поисках ферромагнитных сегнетоэлектриков. Используя свой метод, они изготовили составы Bi2CoMnO6 и Bi2CuMnO6, которые оказались ферромагнетиками. ссылка скрыта Магнитные датчики: новое из старого |
должно быть заменено на 
. 
словие отсутствия отражения от границы раздела среды, формулируемое ранее как равенство показателей преломления сред (т.е. другими словами, равенство скоростей света в двух средах), теперь запишется в виде равенства волновых сопротивлений: 
. Подобная ситуация обычна для радиофизики, где существует понятие согласования импедансов (волновых сопротивлений) для волноводов: 
, являющегося условием отсутствия отражения волны на границе. Однако мысль о том, что равенство скоростей света в граничащих средах более не является достаточным условием отсутствия отражения, воспринимается людьми, специализирующимися в оптике как ломка привычных представлений. 
, магнитного поля 
и волновой вектор 
, как следует из уравнений Максвелла: